JP2007091534A - Continuous synthesis method for hydrotalcite compound and device therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a continuous synthesis method where, though there is a problem that, for producing hydrotalcite, in the stage of nucleation, the use of a raw material solution with high concentration is advantageous, but, on the other hand, in the case the raw material with the high concentration is used, gel having a high viscosity is produced, and there is a possibility of causing the clogging in a continuous device, the two conflicting characteristics are considered, and to provide a device therefor. <P>SOLUTION: Regarding a solution A with high concentration in which an aluminum source and a magnesium source are dissolved, and the molar ratio between aluminum ions and magnesium ions is prepared so as to be 1:2 to 1:5 and an alkaline solution B with high concentration, while their ratio is controlled by flow rates, the solution A is converted into a rotating flow through a rotating flow passage 4 and is fed to a stirring synthesis flow passage 5 continued to the flow passage 4, further, the solution B is directly fed to the synthesis passage 5, as fluidity capable of continuous driving is secured, reaction is completed in a time to suppress the growth of crystals in the synthesis flow passage 5, and, cleaning is performed so as to obtain a hydrotalcite compound of pH 7 to 9 having reduced deterioration, small crystallite sizes and high adsorbability. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ハイドロタルサイト化合物を連続して合成する方法とそのための装置に関し、特に汚染水などから有害物質を効率よく除去することができ、排水処理などに好適に使用することができるハイドロタルサイト化合物を連続して合成する方法とそのための装置に関する。   The present invention relates to a method for continuously synthesizing a hydrotalcite compound and an apparatus therefor, and in particular, a hydrotalc that can efficiently remove harmful substances from contaminated water and can be suitably used for wastewater treatment and the like. The present invention relates to a method for continuously synthesizing site compounds and an apparatus therefor.

ハイドロタルサイトの代表的な形は、Mg6Al2(OH)16CO3・4H2Oで表される天然鉱物(マナセアイト,ハイドロタルク石)であり,これに類似な不定比化合物は通常ハイドロタルサイト様物質又はハイドロタルサイト化合物(以下、ハイドロタルサイト化合物又はHTという)といわれている。ハイドロタルサイト化合物もハイドロタルサイトと同様に優れた陰イオン交換機能を有している。このハイドロタルサイト化合物の優れた陰イオン交換機能により、砒素、フッ素、ホウ素、セレン、六価クロム、亜硝酸イオン、その他の陰イオン系の有害物質を固定化することができれば、廃棄物の安全性向上技術、無害化環境改善技術において、汚染水の水質改善、有害物質の溶出防止、土壌改良、廃棄物処分場での有害物質の安定化促進などに寄与できるものと期待される。
ハイドロタルサイト化舎物(HT)はアニオン交換機能を有する無機層状化合物である。
HTは、次の一般式
〔M2+ 1-X3+ 1-X(OH)2x+〔An- x/n・mH2O〕x-で表され、xの値がおよそ0.25から0.33の間で連続的に変化できる。このハイドロタルサイトは層状複水酸化物であり、組成式中の「M2+ 1-X3+ 1-X(OH)2」の部分が主骨格層で、この主骨格層と主骨格層の間に陰イオンが存在し,陰イオン同士の隙間を埋めるように水分子が存在する、即ち、主骨格層と主骨格層との間を組成式中の「An- x/n・mH2O」の部分が埋めている構造である。An-はn価の交換性陰イオンである。なお、M2+とM3+は、それぞれ2価と3価の金属イオンを表している。
A typical form of hydrotalcite is a natural mineral (manaceite, hydrotalcite) represented by Mg 6 Al 2 (OH) 16 CO 3 · 4H 2 O. It is said to be a talcite-like substance or a hydrotalcite compound (hereinafter referred to as a hydrotalcite compound or HT). The hydrotalcite compound also has an excellent anion exchange function, similar to hydrotalcite. If the anion exchange function of this hydrotalcite compound can immobilize arsenic, fluorine, boron, selenium, hexavalent chromium, nitrite ions, and other anionic harmful substances, waste safety It is expected to contribute to improving the quality of contaminated water, preventing the release of harmful substances, improving soil, and promoting the stabilization of harmful substances at waste disposal sites.
Hydrotalcite building (HT) is an inorganic layered compound having an anion exchange function.
HT is represented by the following general formula [M 2 + 1−X M 3+ 1−X (OH) 2 ] x + [A n− x / n · mH 2 O] x− , and the value of x is about 0.25. Can vary continuously from 0.33 to 0.33. This hydrotalcite is a layered double hydroxide, and the part of “M 2+ 1-X M 3+ 1-X (OH) 2 ” in the composition formula is the main skeleton layer. Anions are present between the layers, and water molecules are present so as to fill the gaps between the anions. That is, “A n− x / n · This is a structure in which the “mH 2 O” portion is buried. A n− is an n-valent exchangeable anion. M 2+ and M 3+ represent divalent and trivalent metal ions, respectively.

HTの陰イオシ交換性能を利用した、排水中の有害陰イオンの吸着除去についての研究がなされていることは知られている。しかし、その吸着性能は必ずしも満足するものではなかった。本発明者等は陰イオン交換特性、特にホウ素の陰イオン交換性能を改良するため鋭意研究を重ねて本発明に至った。即ち、HTの合成方法と生成物のHTの吸着性能との関係を詳細に調べて、HTの結晶を構成する結晶子の大きさとHTの陰イオン交換による陰イオン吸着性能との間に関係があることを見出すと共に、その好ましい性状を有するHTを工業的に製造する方法を開発し本発明を完成するに至った。
以下、本発明を完成するに至った経緯を、従来技術と比較しながら、詳細に説明する。
It is known that research on adsorption removal of harmful anions in waste water using the anion exchange performance of HT has been conducted. However, the adsorption performance was not always satisfactory. The inventors of the present invention have intensively studied to improve the anion exchange characteristics, particularly the anion exchange performance of boron, and arrived at the present invention. That is, the relationship between the HT synthesis method and the HT adsorption performance of the product is examined in detail, and there is a relationship between the size of the crystallites constituting the HT crystal and the anion adsorption performance by anion exchange of HT. As a result, the present inventors have completed the present invention by developing a method for industrially producing HT having the preferable properties.
Hereinafter, the background to the completion of the present invention will be described in detail in comparison with the prior art.

層状化合物であるハイドロタルサイトは、インターカレーションによる機能材料化が可能である。インターカレーションとは、層状結晶の層間の弱い結合を破って、様々な原子や分子或はイオンが層間に挿入される反応を意味し、その大きな特徴は、反応の前後で結晶の基本構造が保持される点にある。イオン性層状結晶であるハイドロタルサイトでは、層間のイオンの交換によってインターカレーション(層間への物質の出入り)が起こるため、優れた陰イオン交換機能を有している。また、ハイドロタルサイトは、300℃以上までの広い温度範囲で機能するという優れた性能がある。   Hydrotalcite, which is a layered compound, can be made into a functional material by intercalation. Intercalation means a reaction in which various atoms, molecules or ions are inserted between layers by breaking weak bonds between layers of the layered crystal. The main feature is the basic structure of the crystal before and after the reaction. It is in the point to be retained. Hydrotalcite, which is an ionic layered crystal, has an excellent anion exchange function because intercalation occurs (exchange of substances between layers) due to exchange of ions between layers. In addition, hydrotalcite has an excellent performance of functioning in a wide temperature range up to 300 ° C. or more.

しかしながら、従来の高結晶質のハイドロタルサイト製品は、空気中の炭酸ガスや水中の炭酸イオンと優先的にイオン交換するために通常の方法では目的とする陰イオンとイオン交換せず、陰イオン系の有害物質の固定化において期待されるような効果は得られなかった。その原因の一つとして、従来の技術において製造される高結晶質のハイドロタルサイト化合物は、結晶粒子サイズが大きく陰イオン交換性能が低くなっているためと考えられる。   However, conventional high crystalline hydrotalcite products do not exchange ions with the desired anions in the usual way because they preferentially exchange with carbon dioxide in the air or carbonate ions in the water. The expected effect in immobilizing harmful substances in the system was not obtained. One reason for this is considered to be that the highly crystalline hydrotalcite compound produced by the conventional technique has a large crystal particle size and low anion exchange performance.

そこで、目的とする陰イオンとイオン交換するようにするためには、ハイドロタルサイト化合物の結晶子サイズをナノメートル単位でコントロールし、層間の陰イオン選択性を高める必要がある。即ち、従来のハイドロタルサイト化合物は、一旦炭酸ガスを吸着してしまうと、これが他の陰イオンとのイオン交換を阻害するという弱点があるため、ハイドロタルサイト化合物の層間の陰イオン選択性を、ナノ結晶サイズでコントロールすることが必要となる。なお、結晶子サイズは、ハイドロタルサイト化合物の製造段階における結晶の成長度合いが大きく寄与していると推測されるため、この結晶の成長度合いをコントロールすることが必要となる。ここで、結晶子とは、多結晶体の構成要素でそれ自体を単結晶とみなすことができる微結晶をいう。また、結晶の成長度合いとは、微結晶のハイドロタルサイト化合物(結晶子)が成長して肉眼で識別できる程度の大きさの結晶粒子になる割合をいう。因みに、ナノメートルサイズの結晶子の吸着率が高いのは、サイズが小さいと結晶の表面積の総和が大きくなるためであると推測される。   Therefore, in order to perform ion exchange with the target anion, it is necessary to control the crystallite size of the hydrotalcite compound in nanometer units to enhance the anion selectivity between layers. That is, the conventional hydrotalcite compound has a weak point that once carbon dioxide is adsorbed, this inhibits ion exchange with other anions, so the anion selectivity between the layers of the hydrotalcite compound is reduced. It is necessary to control the nanocrystal size. In addition, since it is estimated that the crystallite size greatly contributes to the crystal growth degree in the production stage of the hydrotalcite compound, it is necessary to control the crystal growth degree. Here, the crystallite refers to a microcrystal that is a constituent element of a polycrystal and can be regarded as a single crystal. In addition, the degree of crystal growth refers to the rate at which microcrystalline hydrotalcite compounds (crystallites) grow and become crystal particles of a size that can be identified with the naked eye. Incidentally, the reason why the adsorption rate of nanometer-sized crystallites is high is presumed to be that when the size is small, the total surface area of the crystals increases.

また、目的とする陰イオンとイオン交換するようにするためには、上述した組成式中の陰イオン「An-」の部分を、炭酸イオンのほか、硫酸イオン、水酸化物イオン、塩素イオン、硝酸イオンなどにすることも検討する必要がある。因みに、炭酸イオン型ハイドロタルサイト化合物の製造方法としては特許文献1が、水酸化物イオン型,硫酸イオン型ハイドロタルサイト化合物の製造方法としては特許文献2が、また、硝酸イオン型ハイドロタルサイト化合物の製造方法としては、特許文献3が、それぞれ例示される。 In addition, in order to perform ion exchange with the target anion, the anion “A n− ” in the above composition formula is replaced with carbonate ion, sulfate ion, hydroxide ion, chlorine ion. It is also necessary to consider using nitrate ions. Incidentally, Patent Document 1 discloses a method for producing a carbonate ion type hydrotalcite compound, Patent Document 2 discloses a method for producing a hydroxide ion type sulfate ion type hydrotalcite compound, and a nitrate ion type hydrotalcite compound. Patent document 3 is illustrated as a manufacturing method of a compound, respectively.

上記の硝酸イオン型ハイドロタルサイト化合物は、その製造段階において結晶粒子の含有率や結晶子サイズをある程度制御できるため、目的とする陰イオンとイオン交換する機能を有している。しかし、この硝酸イオン型ハイドロタルサイト化合物を汚染水の水質改善や排水処理などに使用してフッ素やホウ素、六価クロムなどの有害物質とイオン交換したとしても、硝酸イオンがこれらの汚染水や排水中に放出されてしまうため、設備を傷めたり、亜硝酸などとなって異臭を発生するなどの別の問題が生じる。またフッ素やホウ素のほか、亜硝酸も有害イオンとして水質汚濁防止法の排水規制項目に追加される可能性が高いため、今後、排水処理などに使用することができないという問題があった。   The nitrate ion-type hydrotalcite compound has a function of ion exchange with a target anion because the content of crystal particles and the crystallite size can be controlled to some extent in the production stage. However, even if this nitrate ion-type hydrotalcite compound is used to improve the quality of contaminated water or treat wastewater, and ion exchange with harmful substances such as fluorine, boron, hexavalent chromium, etc., nitrate ions are not contained in these contaminated water and Since it is discharged into the waste water, other problems such as damage to equipment and generation of odors due to nitrous acid occur. In addition to fluorine and boron, nitrous acid is also likely to be added as a harmful ion to the effluent control item of the Water Pollution Control Law, so that there is a problem that it cannot be used for wastewater treatment in the future.

次に、ハイドロタルサイト化合物の製造方法については、従来は、原料成分をその都度反応させて製造するいわゆるバッチ式で製造されるものが殆どで、ハイドロタルサイト化合物を連続して製造する方法や装置については、殆ど提案されていなかった。例えば、特許文献4や特許文献5には、粒度が40乃至 100オングストローム、即ち、4〜10nmのハイドロタルサイト化合物を製造する方法が開示されているが、バッチ式で製造して得られたゲル状のハイドロタルサイト化合物の沈殿を分離して得る方法がベースとなっている。特許文献4には、汚染された排出溶液から汚染物質を除去するために、排出溶液にハイドロタルサイトを添加し、その粒子の表面に汚染物質を吸収する方法のほか、排出溶液に金属溶液とアルカリ溶液を異なる管からそれぞれ添加して排出溶液中でハイドロタルサイトを製造する過程で汚染物質を同時に除去する方法も開示されている。しかし、この排出溶液中でハイドロタルサイトを製造する方法は、ハイドロタルサイト化合物のみを連続して製造する方法といえるものではなく、また、絶えず流れ出ているような排出溶液中ではハイドロタルサイト化合物が合成されるのか明確でない。   Next, with respect to the production method of the hydrotalcite compound, conventionally, most of them are produced by a so-called batch method in which the raw material components are reacted each time, and the hydrotalcite compound is produced continuously. Almost no device has been proposed. For example, Patent Document 4 and Patent Document 5 disclose a method for producing a hydrotalcite compound having a particle size of 40 to 100 angstroms, that is, 4 to 10 nm. The method is based on a method in which the precipitate of the hydrotalcite compound is separated. In Patent Document 4, in order to remove contaminants from a contaminated exhaust solution, hydrotalcite is added to the exhaust solution, and the contaminant is absorbed on the surface of the particles. A method is also disclosed in which an alkaline solution is added from different tubes and contaminants are simultaneously removed in the process of producing hydrotalcite in the discharged solution. However, the method for producing hydrotalcite in this discharged solution is not a method for continuously producing only the hydrotalcite compound, and the hydrotalcite compound in the discharged solution that is constantly flowing out. It is not clear whether is synthesized.

上記のように、従来、ハイドロタルサイト化合物を連続して製造する方法や装置が殆ど提案されていないのは、この物質が合成後沈殿し、直ぐにゲル状になって高い粘性を持つため、取扱いが難しかったからであると考えられる。その結果、ハイドロタルサイト化合物を連続して大量に製造することができず、製品としての価格が高くなってしまい、優れた機能を有していても現状では価格の面から普及するに至っていないという問題があった。なお、特許文献6には、バッチ式と連続式のハイドロタルサイト化合物の合成法が開示されているが、連続式といっても、オーバーフロー装置付ステンレス製反応槽に定量ポンプで各原料を供給し、均一な反応を行なわせてオーバーフローしてくるスラリーのうち反応後1時間程度のものを取り、濾過して洗浄するもので、これでは工業的に大量生産が可能な連続合成法といえるものではなかった。
特開平6−329410号公報 特開2003−26418号公報 特開2004−217444号公報 特開平7−284657号公報 特開平6−7672号公報 特公昭48−29478号公報
As mentioned above, there have been few proposals for a method or apparatus for continuously producing hydrotalcite compounds, since this substance precipitates after synthesis and immediately becomes a gel and has a high viscosity. This is thought to be because it was difficult. As a result, hydrotalcite compounds cannot be produced in large quantities continuously, resulting in high product prices, and even though they have excellent functions, they have not yet become popular in terms of price. There was a problem. Patent Document 6 discloses a method for synthesizing batch-type and continuous-type hydrotalcite compounds, but even if it is called continuous-type, each raw material is supplied to a stainless steel reaction tank with an overflow device using a metering pump. The slurry that overflows due to the uniform reaction is taken for about 1 hour after the reaction, filtered and washed. This is a continuous synthesis method that can be industrially mass-produced. It wasn't.
JP-A-6-329410 JP 2003-26418 A JP 2004-217444 A JP-A-7-284657 Japanese Patent Laid-Open No. 6-7672 Japanese Patent Publication No. 48-29478

上記の通り、ハイドロタルサイト化合物は、アルミニウム源とマグネシウム源を溶解した溶液Aとアルカリを含む溶液Bを混合することによって合成されるが、この反応は常温できわめて短い反応時間で起き、ハイドロタルサイト結晶を含む高粘度のゲルを生成する。ハイドロタルサイト結晶の生成過程は核発生と成長の2段階があるが、結晶子の小さい吸着性能のよいハイドロタルサイトを生成するためには、核発生の段階で原料溶液に濃度の高いものを使い、きわめて短い時間で微結晶をたくさん作ることが有利である。一方濃度の高い原料を使うとチクソトロピックな性質を持つ極めて粘度の高いゲルが生成し、流動性がなくなり、連続装置の閉塞を起こす可能性がある。本発明はこの2つの相反する特性を考慮し新たなハイドロタルサイト化合物の連続合成方法とそのための装置を提供することをその課題とするものである。   As described above, the hydrotalcite compound is synthesized by mixing a solution A in which an aluminum source and a magnesium source are dissolved and a solution B containing an alkali. This reaction takes place in a very short reaction time at room temperature. A highly viscous gel containing site crystals is produced. The hydrotalcite crystal formation process has two stages, nucleation and growth. To produce hydrotalcite with small crystallites and good adsorption performance, a raw material solution with a high concentration should be used at the nucleation stage. It is advantageous to use and make many crystallites in a very short time. On the other hand, if a raw material with a high concentration is used, a gel with extremely high viscosity having thixotropic properties is formed, which may cause loss of fluidity and clogging of the continuous apparatus. An object of the present invention is to provide a new method for continuously synthesizing a hydrotalcite compound and an apparatus therefor in consideration of these two conflicting characteristics.

上記課題を解決することを目的としてなされた本発明連続合成方法の構成は、アルミニウム源とマグネシウム源を溶解し、アルミニウムイオンとマグネシウムイオンのモル比が1:2〜1:5になるように調製した高濃度の溶液Aと高濃度のアルカリ性溶液Bを、それらの比率を流量で制御しつつ溶液Aは旋回流路を通し旋回流に変換して当該流路に連続した撹拌合成流路に供給すると共に溶液Bは直接前記合成流路に供給し、連続運転が可能な流動性を確保したまま前記撹拌合成流路内で結晶の成長を抑える時間で反応を完結させ、洗浄することにより、pH7〜9、好ましくはpH7.4〜8.6で劣化が少なく、結晶子サイズの小さい吸着性能の高いハイドロタルサイト化合物を得ることを特徴とするものである。   The constitution of the continuous synthesis method of the present invention made for the purpose of solving the above problems is prepared by dissolving the aluminum source and the magnesium source so that the molar ratio of aluminum ion to magnesium ion is 1: 2 to 1: 5. The high-concentration solution A and the high-concentration alkaline solution B are converted to a swirl flow through the swirl flow path while controlling the ratio of the high concentration solution B and the high concentration alkaline solution B, and supplied to the stirring and synthesizing flow path continuous to the flow path. At the same time, the solution B is directly supplied to the synthesis channel, and the reaction is completed in a time to suppress the growth of crystals in the stirring synthesis channel while maintaining the fluidity capable of continuous operation. It is characterized by obtaining a hydrotalcite compound having a high adsorption performance and a small crystallite size at a pH of ˜9, preferably a pH of 7.4˜8.6.

本発明は、上記方法の構成において、撹拌合成流路内における反応時間は、0.1〜30秒、好ましくは0.1〜10秒であるのが望ましい。また、結晶子サイズは3〜8nm、好ましくは3〜6nm、含有率は20〜50%、好ましくは20〜40%であるのが望ましい。更に、旋回流路は、内部が螺旋状の流路であるのが好ましい。   According to the present invention, in the above-described method configuration, the reaction time in the stirring and synthesizing flow path is 0.1 to 30 seconds, preferably 0.1 to 10 seconds. The crystallite size is 3 to 8 nm, preferably 3 to 6 nm, and the content is 20 to 50%, preferably 20 to 40%. Further, the swirl flow path is preferably a flow path having a spiral inside.

次に、上記課題を解決することを目的としてなされた本発明連続合成装置の構成は、アルミニウム源とマグネシウム源を溶解し、アルミニウムイオンとマグネシウムイオンのモル比が1:2〜1:5になるように調製する高濃度の溶液Aの混合槽と、高濃度のアルカリ性溶液Bを調製するアルカリ溶液槽と、前記混合槽からの溶液Aとアルカリ溶液槽からの溶液Bの比率を制御する流量制御装置と、該装置により流量制御された溶液Aに旋回流を付与する旋回流路と、該旋回流路に接続し旋回流に変換された溶液Aを受入れると共に溶液Bを直接受入れ、連続運転が可能な流動性を確保したまま結晶の成長を抑える時間で反応を完結させる撹拌合成流路と、当該流路に接続した洗浄装置を少なくとも備え、pH7〜9、好ましくはpH7.4〜8.6で劣化が少なく、結晶子サイズの小さい吸着性能の高いハイドロタルサイト化合物を得ることを特徴とするものである。   Next, the configuration of the continuous synthesizer of the present invention, which has been made for the purpose of solving the above problems, dissolves an aluminum source and a magnesium source, and the molar ratio of aluminum ions to magnesium ions is 1: 2 to 1: 5. The high-concentration solution A mixing tank prepared as described above, the high-concentration alkaline solution B preparing alkali solution tank, and the flow rate control for controlling the ratio of the solution A from the mixing tank and the solution B from the alkaline solution tank An apparatus, a swirl flow path that imparts a swirl flow to the solution A whose flow rate is controlled by the apparatus, a solution A that is connected to the swirl flow path and converted into a swirl flow, and directly receives the solution B. It comprises at least a stirring and synthesizing channel that completes the reaction in a time that suppresses crystal growth while ensuring possible fluidity, and a washing device connected to the channel, and has a pH of 7 to 9, preferably a pH of 7.4 to 8.6. Less deterioration, and is characterized in that to obtain a highly small adsorbability crystallite size hydrotalcite compound.

本発明は、上記装置の構成において、撹拌合成流路内における反応時間は、0.1〜30秒、好ましくは0.1〜10秒であるのが望ましい。また、結晶子サイズは3〜8nm、好ましくは3〜6nm、含有率は20〜50%、好ましくは20〜40%であるのが望ましい。更に、旋回流路は、内部が螺旋状の流路であるのが好ましい。加えて、撹拌合成流路における撹拌は、流路の内周面に不規則な凹凸乃至は螺旋状の溝などを設け、或は、流路の途中に障害壁を設けるなどして当該流路を流れる液に乱流を起こして行なうのが好ましい。   According to the present invention, in the configuration of the above apparatus, the reaction time in the stirring synthesis flow path is 0.1 to 30 seconds, preferably 0.1 to 10 seconds. The crystallite size is 3 to 8 nm, preferably 3 to 6 nm, and the content is 20 to 50%, preferably 20 to 40%. Further, the swirl flow path is preferably a flow path having a spiral inside. In addition, the stirring in the stirring synthesis channel is performed by providing irregular irregularities or spiral grooves on the inner peripheral surface of the channel, or by providing an obstacle wall in the middle of the channel. It is preferable to carry out by causing turbulent flow in the liquid flowing through.

ここで本発明がなされるに至った経緯について説明すると、本発明の発明者は、バッチ式でハイドロタルサイト様物質を合成するとこの物質はゲル状になるが、この物質の合成直後に強力に撹拌するとゾル状になり流動性を呈する、いわゆるチクソトロピー的挙動を呈することを知得し、実験により流動性を維持する方法を取得考案し、本発明を完成するに至った。   Here, the background of the present invention will be explained. When the inventors of the present invention synthesize a hydrotalcite-like substance in batch mode, this substance becomes a gel, but immediately after the synthesis of this substance, It was found that when stirred, it became sol-like and exhibited fluidity, ie, a so-called thixotropic behavior, and a method for maintaining fluidity was experimentally obtained, and the present invention was completed.

本発明は以上の通りであって、本発明によれば、pHを7以上に保持した状態でナノメートルサイズの結晶子の含有率が高いハイドロタルサイト化合物を連続して大量に合成することができるので従来より製造コストを低減することができ、優れたイオン交換機能,吸着力のあるハイドロタルサイト化合物を安い価格で提供することができるという効果が得られる。特に、結晶子サイズが3〜6nmのものは、排水中のホウ素やフッ素などの目的とする陰イオンと容易にイオン交換し、これらを吸着することができる。また、本発明により合成されるハイドロタルサイト化合物は、サイズが小さい結晶子を多く含有しているので結晶の表面積の総和が大きくなり、その結果優れた陰イオン交換能,吸着力を有し、しかも結晶子が成長する過程で様々な不純物を吸着することができるという効果が得られる。   The present invention is as described above, and according to the present invention, it is possible to continuously synthesize a large amount of hydrotalcite compound having a high content of nanometer-sized crystallites while maintaining the pH at 7 or more. Therefore, the production cost can be reduced as compared with the conventional method, and an effect that a hydrotalcite compound having an excellent ion exchange function and adsorption force can be provided at a low price can be obtained. In particular, those having a crystallite size of 3 to 6 nm can be easily ion-exchanged and adsorbed with target anions such as boron and fluorine in waste water. In addition, the hydrotalcite compound synthesized by the present invention contains a large number of small crystallites, so the total surface area of the crystal is large, and as a result, it has excellent anion exchange capacity and adsorption power. In addition, it is possible to adsorb various impurities during the process of growing the crystallite.

また、主骨格層と主骨格層の間の陰イオンを塩素イオンにしたハイドロタルサイト化合物は、イオン交換により有害物質であるフッ素やホウ素、或は、六価クロムなどを吸着しても塩素イオンしか放出しないため、排水処理に使用しても水質汚濁防止法による規制を受けることがないという効果が得られる。   In addition, hydrotalcite compounds in which the anion between the main skeleton layer and the main skeleton layer is converted to chlorine ions are chlorine ions even if they adsorb harmful substances such as fluorine and boron or hexavalent chromium by ion exchange. Therefore, even if it is used for wastewater treatment, there is an effect that it is not subject to regulation by the Water Pollution Control Law.

次に、本発明の実施の形態例を図に拠り説明する。図1は、本発明方法を実施する装置の一例の概略図、図2は、図1の装置の旋回流路・撹拌合成流路の要部拡大断面図、図3は、ハイドロタルサイト化合物の連続合成が可能な装置の概略図、図4は、図3の装置における合流流部,混合反応流路,撹拌合成流路の要部拡大図、図5は、HT合成に及ぼすアルカリ濃度の影響を示すグラフ図、図6は、NaOH濃度によるHT結晶子サイズの制御を示すグラフ図、図7は、Mg/Al比率によるHT結晶子サイズの制御を示すグラフ図、図8は、HT合成におけるアルカリ濃度の影響(結晶子サイズと結晶化度との関係)を示すグラフ図、図9は、HT合成におけるアルカリ濃度の影響(結晶化度とMg反応率との関係)を示すグラフ図、図10は、アルカリ濃度一定下でのHT合成においてMg/Alモル比の影響(結晶子サイズと結晶化度の関係)示すグラフ図、図11は、アルカリ濃度一定下でのHT合成においてMg/Alモル比の影響(結晶化度とMg反応率の関係)示すグラフ図、図12は、HTのホウ素イオン吸着性能を示すグラフ図、図13は、HTのホウ素イオン吸着性能(吸着量)を示すグラフ図、図14は、NaCl除去への水洗回数の効果を示すグラフ図、図15は、吸着量向上への水洗回数の効果を示すグラフ図、図16は、ハイドロタルサイト化合物のX線回折図である。   Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of an example of an apparatus for carrying out the method of the present invention, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a swirling flow path / stirring synthesis flow path of the apparatus of FIG. 1, and FIG. 4 is a schematic diagram of an apparatus capable of continuous synthesis, FIG. 4 is an enlarged view of a main part of a merging section, a mixing reaction channel, and a stirring synthesis channel in the apparatus of FIG. 3, and FIG. 5 is an effect of alkali concentration on HT synthesis. FIG. 6 is a graph showing the control of the HT crystallite size by the NaOH concentration, FIG. 7 is a graph showing the control of the HT crystallite size by the Mg / Al ratio, and FIG. 8 is a graph in the HT synthesis. FIG. 9 is a graph showing the influence of alkali concentration (relation between crystallite size and crystallinity), and FIG. 9 is a graph showing the influence of alkali concentration in HT synthesis (relation between crystallinity and Mg reaction rate). 10 is M in HT synthesis under a constant alkali concentration. FIG. 11 is a graph showing the influence of the Al / Al molar ratio (the relationship between crystallite size and crystallinity), and FIG. 11 shows the influence of the Mg / Al molar ratio (the degree of crystallinity and Mg reaction rate in HT synthesis under a constant alkali concentration). FIG. 12 is a graph showing the HT boron ion adsorption performance, FIG. 13 is a graph showing the HT boron ion adsorption performance (adsorption amount), and FIG. 14 is the number of times of water washing for NaCl removal. FIG. 15 is a graph showing the effect of the number of times of water washing for improving the adsorption amount, and FIG. 16 is an X-ray diffraction diagram of the hydrotalcite compound.

図1において、1は、原料となるアルミニウム源とマグネシウム源を溶解して混合し溶液Aを調製するための混合槽である。ここではアルミニウム源として塩化アルミニウム(AlCl3)を使用し、マグネシウム源として塩化マグネシウム(MgCl2)を使用している。なお、溶媒には、水又は塩酸水溶液を使用することができる。 In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a mixing tank for preparing a solution A by dissolving and mixing an aluminum source and a magnesium source as raw materials. Here, aluminum chloride (AlCl 3 ) is used as the aluminum source, and magnesium chloride (MgCl 2 ) is used as the magnesium source. In addition, water or hydrochloric acid aqueous solution can be used for a solvent.

アルミニウム源としては、水中でアルミニウムイオンを生成するものであればよく、特定の物質に限定されるものではない。従って、上記の塩化アルミニウムのほか、粉体アルミニウム,アルミナ,アルミン酸ソーダ,水酸化アルミニウム,硝酸アルミニウム,ボーキサイト,ボーキサイトからのアルミナ製造残渣,アルミスラッジのいずれか1又は2以上を用いることができる。また、マグネシウム源としては、水中でマグネシウムイオンを生成するものであればよく、特定の物質に限定されるものではなく、上記の塩化マグネシウムのほか、粉体マグネシウム,ブルーサイト,水酸化マグネシウム,マグネサイト,マグネサイトの焼成物の1又は2以上を用いることができる。   The aluminum source is not limited to a specific substance as long as it generates aluminum ions in water. Therefore, in addition to the above aluminum chloride, any one or more of powdered aluminum, alumina, sodium aluminate, aluminum hydroxide, aluminum nitrate, bauxite, alumina production residue from bauxite, and aluminum sludge can be used. The magnesium source is not limited to a specific substance as long as it can generate magnesium ions in water. In addition to the above magnesium chloride, powdered magnesium, brucite, magnesium hydroxide, magnesium One or more of fired products of sites and magnesites can be used.

混合槽1に投入するアルミニウム源とマグネシウム源の量は、溶解したときの溶液A中におけるアルミニウムイオンとマグネシウムイオンのモル比が1:2〜1:5になる量で、ここでは規定量の塩化アルミニウムと塩化マグネシウムを加える。因みに、マグネシウムイオン/アルミニウムイオンの比が2より小さい場合、即ち、マグネシウムイオンが少ない場合は、結晶化が十分なされず、逆に5より大きい場合、即ち、マグネシウムイオンが多い場合は、結晶子サイズが大きくなりすぎて吸着性能に劣るHTしか得られない。   The amount of the aluminum source and magnesium source charged into the mixing tank 1 is such that the molar ratio of aluminum ions to magnesium ions in the solution A when dissolved is 1: 2 to 1: 5. Add aluminum and magnesium chloride. Incidentally, when the ratio of magnesium ion / aluminum ion is smaller than 2, that is, when the magnesium ion is small, crystallization is not sufficient, and conversely when it is larger than 5, that is, when the magnesium ion is large, the crystallite size is large. Becomes too large and only HT with poor adsorption performance can be obtained.

1aは、混合槽1中の溶液Aを撹拌混合するための撹拌翼、1bは、この撹拌翼1aを駆動するモータである。   1a is a stirring blade for stirring and mixing the solution A in the mixing tank 1, and 1b is a motor for driving the stirring blade 1a.

2は、アルカリを含む溶液Bを調製するためのアルカリ溶液槽である。ここではアルカリとして、水酸化ナトリウム(NaOH)を使用しているが、水酸化カルシウム,石灰,セメントの固化材のいずれか1又は2以上を用いることもできる。2aはアルカリ溶液槽2中における溶液Bを撹拌混合するための撹拌翼、2bは、この撹拌翼2aを駆動するモータである。   2 is an alkali solution tank for preparing the solution B containing an alkali. Here, sodium hydroxide (NaOH) is used as the alkali, but any one or two or more of calcium hydroxide, lime, and cement solidified material can also be used. 2a is a stirring blade for stirring and mixing the solution B in the alkaline solution tank 2, and 2b is a motor for driving the stirring blade 2a.

本発明では、溶液Aと溶液Bには高い濃度のものを使用する。具体的には、溶液Aの濃度は、AlCl3・6H2OとMgCl2・6H2Oを水(H2O)に溶解したときの塩化アルミニウムと塩化マグネシウムの重量%が60重量%以上のものを使用する。また、溶液Bの濃度は、NaOHを水(H2O)に溶解したときのNaOHの重量%が20重量%以上のものを使用する。これらの濃度以下であるとHTの合成率が低くなってしまうからである。 In the present invention, solutions A and B having high concentrations are used. Specifically, the concentration of the solution A is such that when AlCl 3 .6H 2 O and MgCl 2 .6H 2 O are dissolved in water (H 2 O), the weight percent of aluminum chloride and magnesium chloride is 60 wt% or more. Use things. The concentration of the solution B is such that the weight percent of NaOH when dissolved in water (H 2 O) is 20 weight percent or more. It is because the synthesis rate of HT will become low if it is below these concentrations.

3は、流量制御装置となる比例制御システム、4は、旋回流路で、比例制御システム3は、混合槽1から旋回流路4に至る輸送ラインL1の途中に設けられている流量調節バルブV1と、アルカリ溶液槽から旋回流路4に至る輸送ラインL2の途中に設けられている流量調節バルブV2の開閉を制御し、混合槽1からポンプP1により送られる溶液Aの流量と、アルカリ溶液槽2からポンプP2により送られる溶液Bの流量を比例制御するためのものである。この比例制御システム3により、pH7〜9、好ましくはpH7.4〜8.6で劣化が少なく、結晶子サイズの小さい吸着性能の高いハイドロタルサイト化合物が得られる比率になるように流量が厳密に制御される。pHが9より大きい場合は、結晶が成長し過ぎて結晶粒子の含有率が高くなりイオン交換による有害物質の吸着効果が低下してしまうからであり、pHが7より小さい場合は、結晶が生成され難くなるため、吸着効果が著しく低下してしまうからである。   3 is a proportional control system serving as a flow control device, 4 is a swirl flow path, and the proportional control system 3 is a flow control valve V1 provided in the middle of the transport line L1 from the mixing tank 1 to the swirl flow path 4. The flow rate of the solution A sent from the mixing tank 1 by the pump P1 is controlled by controlling the opening and closing of the flow rate adjusting valve V2 provided in the middle of the transport line L2 from the alkaline solution tank to the swirling flow path 4, and the alkaline solution tank 2 for proportionally controlling the flow rate of the solution B sent by the pump P2. By this proportional control system 3, the flow rate is strictly controlled so as to obtain a hydrotalcite compound having a small crystallite size and a high adsorption performance at a pH of 7 to 9, preferably pH of 7.4 to 8.6. The If the pH is higher than 9, the crystal grows too much and the content rate of the crystal particles becomes high, and the effect of adsorbing harmful substances by ion exchange is reduced. If the pH is lower than 7, crystals are formed. This is because the adsorption effect is remarkably lowered because it is difficult to be applied.

上記の旋回流路4においては、図2に示したように供給された溶液Aを螺旋状の流路により旋回流に変換する。即ち、溶液Aは旋回流路4を通し旋回流に変換して次に述べる撹拌合成流路5に供給すると共に溶液Bは直接撹拌合成流路5に供給する。   In the above-described swirling channel 4, the supplied solution A is converted into a swirling flow by a spiral channel as shown in FIG. That is, the solution A is converted into a swirl flow through the swirling flow path 4 and supplied to the stirring and synthesizing flow path 5 described below, and the solution B is directly supplied to the stirring and synthesizing flow path 5.

5は、旋回流路4に接続した撹拌合成流路で、結晶の成長を抑えるように溶液Aと溶液Bを撹拌しながら短時間で反応させるための装置である。撹拌合成流路5内では、遠心力を利用し、例えばこの流路5内に設けたA/Bリボン型固定撹拌体によりナノ粒子群となり衝突しあい溶液Aと溶液Bの2液は拡散し完全合成を達成することができる(図2参照)。この撹拌合成流路5における反応時間は、0.1〜30秒、好ましくは0.1〜10秒である。反応時間が0.1秒以下では、物理的に不可能であり、30秒以上である場合は、流路5内における拡散反応が充分に行われないからである。   Reference numeral 5 denotes an agitation synthesis channel connected to the swirl channel 4 and is an apparatus for reacting the solution A and the solution B in a short time while stirring so as to suppress crystal growth. In the stirring and synthesizing channel 5, centrifugal force is used. For example, the A / B ribbon type fixed stirring body provided in the channel 5 forms a nanoparticle group and collides with each other. Synthesis can be achieved (see FIG. 2). The reaction time in the stirring and synthesizing channel 5 is 0.1 to 30 seconds, preferably 0.1 to 10 seconds. This is because when the reaction time is 0.1 seconds or less, it is physically impossible, and when it is 30 seconds or more, the diffusion reaction in the flow path 5 is not sufficiently performed.

上記の撹拌合成流路5内における反応は常温で行なうのが望ましいが、HT合成反応は発熱反応であるため反応温度が上昇し易い。そのため80℃より高い温度にならないようにする必要がある。反応温度が80℃より高くなると結晶化が進みすぎてイオン交換による吸着効果が低下してしまうからである。そのため撹拌合成流路5を外部から水などにより冷却しながら行なうのが好ましい。   The reaction in the agitation synthesis channel 5 is preferably performed at room temperature, but the HT synthesis reaction is an exothermic reaction, and thus the reaction temperature tends to increase. Therefore, it is necessary to prevent the temperature from exceeding 80 ° C. This is because, when the reaction temperature is higher than 80 ° C., crystallization proceeds excessively and the adsorption effect by ion exchange decreases. For this reason, it is preferable to carry out the stirring and synthesizing flow path 5 while cooling with water or the like from the outside.

次に、撹拌合成流路5における撹拌も、静的に行なうのが好ましい。撹拌合成流路5内に回転翼などを設け、外部モータでこの回転翼を回転させて撹拌することもできるが、回転翼に生成したハイドロタルサイト化合物が付着して内部が詰まり易くなるので、ここではこのような回転翼による撹拌は行なっていない。撹拌合成流路5における撹拌としては、例えば、撹拌合成流路5内の流路の内周面に不規則な凹凸や螺旋状の溝を設け、また、途中に障害壁を設けるなどして、流れる溶液に乱流を起こすことにより静的に撹拌することができる。勿論、超音波撹拌装置により外部から撹拌するようにすることもできる。なお、障害壁としては、例えば、複数枚の捩れた羽根を長さ方向に適宜間隔を開けそれぞれ向きを変えて配置することなどが挙げられる。このように撹拌することにより粘度の高いゲル状態になるのを防止すると共に、結晶の成長を抑止することができる。   Next, it is preferable that the stirring in the stirring and synthesizing channel 5 is also performed statically. It is possible to stir by providing a rotating blade or the like in the stirring and synthesizing flow path 5 and rotating the rotating blade with an external motor. Here, such stirring by the rotating blade is not performed. As stirring in the stirring and synthesizing channel 5, for example, irregular irregularities and spiral grooves are provided on the inner peripheral surface of the channel in the stirring and synthesizing channel 5, and an obstacle wall is provided in the middle. It can be stirred statically by causing turbulence in the flowing solution. Of course, it can also be made to stir from the outside with an ultrasonic stirring device. Examples of the obstacle wall include arranging a plurality of twisted blades at appropriate intervals in the length direction and changing their directions. By stirring in this manner, it is possible to prevent a gel state having a high viscosity and to suppress crystal growth.

ここで、本発明方法における反応は、一例として次のように表すことができる。
6MgCl2・6H2O+2AlCl3・6H2O+16NaOH
→ Mg6Al2(OH)16Cl2・4H2O+4H2O+16NaCl+44H2
この反応式からわかるように反応時には多量の塩化ナトリウム(NaCl)が生成する。
従って、水などにより洗浄して塩化ナトリウムを除去することにより、純度の高いハイドロタルサイト化合物を得ることができる。
Here, the reaction in the method of the present invention can be expressed as follows as an example.
6MgCl 2 · 6H 2 O + 2AlCl 3 · 6H 2 O + 16 NaOH
→ Mg 6 Al 2 (OH) 16 Cl 2 .4H 2 O + 4H 2 O + 16NaCl + 44H 2 O
As can be seen from this reaction formula, a large amount of sodium chloride (NaCl) is produced during the reaction.
Therefore, a high-purity hydrotalcite compound can be obtained by removing sodium chloride by washing with water or the like.

6は、撹拌合成流路5の流出口に輸送ラインL3により接続した水による洗浄装置で、この洗浄装置6により、上述した塩化ナトリウムを殆ど除去することができる。なお、洗浄装置を複数設け、洗浄を複数回行なうこともある。   Reference numeral 6 denotes a water cleaning device connected to the outlet of the stirring and synthesizing channel 5 by a transport line L3. This cleaning device 6 can remove most of the above-described sodium chloride. A plurality of cleaning devices may be provided and cleaning may be performed a plurality of times.

L4は、洗浄装置8で洗浄後のハイドロタルサイト化合物を取出すための輸送ラインで、図示しないが、合成されたハイドロタルサイト化合物はこの輸送ラインL4を経て冷却装置,貯蔵装置などに送られる。   L4 is a transport line for taking out the hydrotalcite compound after being cleaned by the cleaning device 8. Although not shown, the synthesized hydrotalcite compound is sent to the cooling device, the storage device, etc. via this transport line L4.

次に、図3,図4により、ハイドロタルサイト化合物の連続合成が可能な他の装置について説明する。なお、図1に示した符号と同一の符号は、同一の部材を示している。図3に示した装置は、図1に示した装置における旋回流路4の代わりに、合流流部41と混合反応流路42を設け、混合反応流路42と撹拌合成流路5の間に、水供給部7を設けている。   Next, another apparatus capable of continuously synthesizing a hydrotalcite compound will be described with reference to FIGS. In addition, the code | symbol same as the code | symbol shown in FIG. 1 has shown the same member. The apparatus shown in FIG. 3 is provided with a merging section 41 and a mixing reaction flow path 42 instead of the swirling flow path 4 in the apparatus shown in FIG. The water supply unit 7 is provided.

上記の合流流部41では、輸送ラインL1を構成する配管と輸送ラインL2を構成する配管とが適当な角度で接合している。これらの配管の角度は12〜60度、好ましくは15〜45度である。ここでは30度で合流するようにしている。この角度が12度より小さいと、溶液Aと溶液Bの混合が不十分となってHTの収率が悪くなり、逆に60度より大きいと溶液Aと溶液Bは十分混合されるが、合流流部41で流速が落ちてしまいHTがゲル化し易くなるため好ましくないからである。   In the merging portion 41 described above, the pipes constituting the transport line L1 and the pipes constituting the transport line L2 are joined at an appropriate angle. The angle of these pipes is 12 to 60 degrees, preferably 15 to 45 degrees. Here, they join at 30 degrees. If this angle is smaller than 12 degrees, the mixing of the solution A and the solution B is insufficient and the yield of HT deteriorates. On the other hand, if the angle is larger than 60 degrees, the solution A and the solution B are sufficiently mixed. This is because the flow rate drops at the flow part 41 and HT is easily gelled, which is not preferable.

また、合流流部41に接続した混合反応流路42は、合流流部41からの溶液Aと溶液Bを短時間で撹拌・混合すると共に、連続運転が可能なように液の流動性を確保するためのものである。なお、撹拌・混合は、静的に行なうのが好ましいが、動的に行なってもよい。例えば、超音波振動装置を混合反応流路42の外側に設け、この振動装置により混合反応流路42内の溶液Aと溶液Bを撹拌・混合するようにしてもよい(図示せず)。この混合反応流路42における溶液Aと溶液Bの撹拌・混合時間は、0.1〜10秒、好ましくは0.1〜1.0秒である。この時間が0.1秒より短いと十分混合されず、10秒より長いと反応が進みすぎて生成したHTのゲル化が起こり、混合反応流路42を詰まらせてしまうからである。   In addition, the mixing reaction channel 42 connected to the merging section 41 stirs and mixes the solution A and the solution B from the merging section 41 in a short time and ensures the fluidity of the liquid so that continuous operation is possible. Is to do. The stirring / mixing is preferably performed statically, but may be performed dynamically. For example, an ultrasonic vibration device may be provided outside the mixing reaction channel 42, and the solution A and the solution B in the mixing reaction channel 42 may be stirred and mixed by this vibration device (not shown). The stirring / mixing time of the solution A and the solution B in the mixing reaction channel 42 is 0.1 to 10 seconds, preferably 0.1 to 1.0 seconds. This is because if this time is shorter than 0.1 seconds, the mixture is not sufficiently mixed, and if it is longer than 10 seconds, the reaction proceeds too much and gelation of the produced HT occurs and the mixing reaction channel 42 is clogged.

上記の混合反応流路42に接続した撹拌合成流路51は、図1に示した撹拌合成流路5と同様に結晶の成長を抑えるように溶液Aと溶液Bを撹拌しながら短時間で反応させるための装置である。また、反応時間や反応温度、撹拌合成流路51における撹拌等についても図1に示した撹拌合成流路5の場合と同様である。   The stirring synthesis channel 51 connected to the mixing reaction channel 42 reacts in a short time while stirring the solution A and the solution B so as to suppress the growth of crystals in the same manner as the stirring synthesis channel 5 shown in FIG. It is a device for making it. Further, the reaction time, reaction temperature, stirring in the stirring synthesis channel 51, and the like are the same as those in the stirring synthesis channel 5 shown in FIG.

なお、水供給部7から水を供給することにより、生成物に十分な流動性を付与することができる。7aは水供給管である。この水供給部7を設けない場合もある。   In addition, by supplying water from the water supply part 7, sufficient fluidity | liquidity can be provided to a product. 7a is a water supply pipe. The water supply unit 7 may not be provided.

本発明方法を実施するための装置の構成は上記の通りであり、上記装置により、結晶子サイズ3〜8nm、好ましくは3〜6nm、含有率20〜50%、好ましくは20〜40%のHTを連続合成することができる。なお、結晶の含有率が20%より少ない場合は、吸着性能が弱く、製品としてのハイドロタルサイト化合物の価値がなくなる。逆に、結晶の含有率が50%より大きい場合は、吸着性能は高いが、撹拌合成流路5内においてゲル化して流路5が詰まり易くなるため、この流路5内の洗浄、或は、流路5の取り替えの作業が必要となり、製品コストが高くなってしまう。   The configuration of the apparatus for carrying out the method of the present invention is as described above. By the above apparatus, the HT having a crystallite size of 3 to 8 nm, preferably 3 to 6 nm, and a content of 20 to 50%, preferably 20 to 40%. Can be continuously synthesized. When the crystal content is less than 20%, the adsorption performance is weak and the value of the hydrotalcite compound as a product is lost. On the other hand, when the crystal content is higher than 50%, the adsorption performance is high, but the gel is easily gelled in the agitation synthesis flow path 5 and the flow path 5 is easily clogged. The work of replacing the flow path 5 is necessary, and the product cost is increased.

また、本発明方法を実施するための装置は、上記に例示した装置に限定されるものではなく、例えば、撹拌合成流路5,51として、溶液Aと溶液Bを混合した溶液を、蛇行する反応管、或は、コイル状の反応管に通し、それらの反応管中を移動する過程で反応させるようにしたものなどを使用することもできる(図示せず)。   The apparatus for carrying out the method of the present invention is not limited to the apparatus exemplified above. For example, as the stirring synthesis flow path 5, 51, a mixed solution of the solution A and the solution B is meandered. A reaction tube or a coiled reaction tube that is reacted in the process of moving through the reaction tube can also be used (not shown).

次に、図1,図2に示した装置により実施した本発明の実施例について説明する。なお、図3,図4に示した装置においても、図1,図2に示した装置により実施した場合と同様の結果が得られている。   Next, an embodiment of the present invention implemented by the apparatus shown in FIGS. 1 and 2 will be described. 3 and 4, the same results as those obtained when the apparatus shown in FIGS. 1 and 2 are used are obtained.

実施例1〜11において反応条件を変えてハイドロタルサイト化合物を合成した。実施例1〜7までは、アルミニウムイオンとマグネシウムイオンのモル比を1:3にし、溶液Aと溶液Bの流量比(溶液A/溶液B)を順次変化させて合成した。なお、実施例6,7は、撹拌・混合時間を0.2秒、反応時間を5秒に設定して行なった。また、実施例11もアルミニウムイオンとマグネシウムイオンのモル比が1:3であるが、反応温度を50℃にして合成した。更に、実施例8.9.10は、アルミニウムイオンとマグネシウムイオンのモル比をそれぞれ1:2.0、1:2.5、1:3.5に変化させ、溶液Aと溶液Bの流量比(溶液A/溶液B)を1.20にしてハイドロタルサイト化合物を合成した。
その詳細は、下記の表1に示す通りである。
Hydrotalcite compounds were synthesized by changing the reaction conditions in Examples 1-11. Examples 1 to 7 were synthesized by changing the molar ratio of aluminum ions and magnesium ions to 1: 3 and sequentially changing the flow rate ratio of solution A and solution B (solution A / solution B). In Examples 6 and 7, the stirring and mixing time was set to 0.2 seconds, and the reaction time was set to 5 seconds. In Example 11, the molar ratio of aluminum ion to magnesium ion was 1: 3, but the synthesis was performed at a reaction temperature of 50 ° C. Furthermore, in Example 8.9.10, the molar ratio of aluminum ion to magnesium ion was changed to 1: 2.0, 1: 2.5, and 1: 3.5, respectively, and the flow rate ratio of Solution A and Solution B (Solution A / Solution B) ) Was 1.20 to synthesize hydrotalcite compounds.
The details are as shown in Table 1 below.

Figure 2007091534
Figure 2007091534

なお、HTの結晶化度(結晶含有率)は、市販のハイドロタルサイト(協和化学工業株式会社製のハイドロタルサイト Mg6Al2(OH)16CO3・4H2O)のXRDの2θが11.3°付近の(003)面、22,8°付近の(006)面、34,5°付近の(009)面の総ピーク面積(積分強度)S0を結晶化度100%として、HTのそれをSとして次式から求めた。
結晶化度(結晶含有率)=S/S0×100
また、結晶子の大きさは、回折線の幅の広がりと結晶子の大きさの間の関係として示されるScherrerの式から算出した。
Scherrerの式 結晶子サイズD(Å)=λ/βcosθ
λ:測定X線の波長(Å)
β:結晶子の大きさに基づくところの回折線幅の広がり(rad)
θ: 回折ピークに対応するブラッグ角
The crystallinity (crystal content) of HT is the XRD 2θ of commercially available hydrotalcite (hydrotalcite Mg 6 Al 2 (OH) 16 CO 3 .4H 2 O manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd.). The total peak area (integrated intensity) S 0 of the (003) plane near 11.3 °, the (006) plane near 22,8 °, and the (009) plane near 34,5 ° is defined as 100% crystallinity. It was calculated from the following equation as S.
Crystallinity (crystal content) = S / S 0 × 100
The crystallite size was calculated from the Scherrer equation shown as the relationship between the broadening of the diffraction line width and the crystallite size.
Scherrer's formula Crystallite size D (Å) = λ / βcosθ
λ: Measurement X-ray wavelength (線)
β: Broadening of diffraction line width based on crystallite size (rad)
θ: Bragg angle corresponding to the diffraction peak

上記の表1から、結晶子サイズ(nm)が最も小さいのは実施例8のアルミニウムイオンとマグネシウムイオンのモル比が1:2.0の場合であることが分かる。また、この実施例8によるハイドロタルサイト化合物の性能試験において、廃液からのホウ素イオンの吸着量も0.70mmol/g(残存量23.8mg/l)と高く、また、フッ素イオンの吸着量も0.50mmol/g(残存量5.3mg/l)と高いことが分かる。なお、実施例8の場合は、マグネシウムの反応率が89.8%であり、実施例5の56.9%、実施例7の60.2%よりは良いが、実施例1の96.4%よりは悪い。従って、マグネシウムの使用効率は、実施例1の場合のほうが優れているといえる。   From Table 1 above, it can be seen that the crystallite size (nm) is the smallest when the molar ratio of aluminum ions to magnesium ions in Example 8 is 1: 2.0. Further, in the performance test of the hydrotalcite compound according to Example 8, the adsorption amount of boron ions from the waste liquid is as high as 0.70 mmol / g (residual amount 23.8 mg / l), and the adsorption amount of fluorine ions is also 0.50 mmol. / g (residual amount 5.3 mg / l) is high. In the case of Example 8, the magnesium reaction rate is 89.8%, which is better than 56.9% of Example 5 and 60.2% of Example 7, but worse than 96.4% of Example 1. Therefore, it can be said that the use efficiency of magnesium is superior in the case of Example 1.

因みに、実施例1の場合は、生成物(HT)のpHが9.0で結晶子サイズも7.5nmと比較的大きいが、それでも、廃液からのホウ素イオンの吸着量は0.57mmol/g(残存量38.1mg/l)と高く、また、フッ素イオンの吸着量は0.49mmol/g(残存量6.6mg/l)で、十分に実用可能な性能を有していることが分かる。   Incidentally, in the case of Example 1, although the pH of the product (HT) is 9.0 and the crystallite size is relatively large as 7.5 nm, the adsorption amount of boron ions from the waste liquid is still 0.57 mmol / g (residual amount 38.1). mg / l), and the adsorption amount of fluorine ions is 0.49 mmol / g (residual amount 6.6 mg / l).

次に、本発明により合成したハイドロタルサイト化合物(HT)について、その性能試験を行なった。結果は、図5〜図13に示した通りである。   Next, the performance test was performed about the hydrotalcite compound (HT) synthesize | combined by this invention. The results are as shown in FIGS.

生成量や物性値などの質を問題にしなければ、HTの結晶化はpH7〜14の広い範囲で生起する。しかし、陰イオンの吸着性能(吸着容量,吸着速度など)の面からは、特定の物性値、特に結晶を構成する結晶子のサイズが小さいHT結晶が望ましいことが判っているので、合成時のpHにも好ましい領域が存在する。陰イオン、特にホウ素陰イオンの吸着にとって吸着剤のHT結晶を構成する結晶子の好ましい大きさは4nm〜8nmである。図8,9から明らかなようにpH7〜9の範囲で好ましい結晶子サイズのHTを合成することができる。HT合成におけるアルカリ濃度の影響に関して、結晶子サイズ、結晶化度、MgとAl特にMgの反応率について検討した。Mg,Al,ClイオンからなるA液とNaOHからなるB液との混合直後のゲル状生成物のpHと結晶子サイズ,結晶化度,Mg反応率との関係は図8と図9に示した通りである。これらの図で示されたことからも明らかのように結晶子サイズ,結晶化度,Mg反応率は相互に関係している。pHが9を超える高アルカリ濃度領域は望ましい物性を有するHT合成にとって好ましい領域ではない。アルカリ濃度が必要以上に高すぎるとHT製造での洗浄工程において多量の水を必要とするため経済的ではない。出来る限り低濃度のアルカリで、目的の物性を有するHTを合成することが望ましい。生成ゲルのpHが7以下になるような低アルカリ濃度におけるHT合成は、HTの結晶化度(HT含有率)が極端に低くなり過ぎて製造効率が悪くなるので望ましくない。反応率とは、原料溶液A中にイオンとして存在しているMgイオン,Alイオンが、アルカリ溶液Bと接した時点で溶液から固体生成物(HT,HT前駆体,水酸化物など)に転換した割合を示したものである。ゲル状生成物のpHが7〜9になるようにアルカリ濃度を制御することで、結晶化度(HT含有率)が約20%〜40%であり、その結晶を構成する結晶子の大きさが4nm〜8nmであるハイドロタルサイト化合物を含有する生成物を製造することができる。   If the quality such as the amount of production and physical properties is not a problem, HT crystallization occurs in a wide range of pH 7 to 14. However, from the aspect of anion adsorption performance (adsorption capacity, adsorption rate, etc.), it has been found that a specific physical property value, in particular, an HT crystal having a small crystallite size, is desirable. There is also a preferred region for pH. For the adsorption of anions, particularly boron anions, the preferred size of the crystallites constituting the HT crystal of the adsorbent is 4 nm to 8 nm. As is apparent from FIGS. 8 and 9, HT having a preferable crystallite size can be synthesized in the pH range of 7-9. Regarding the influence of the alkali concentration in the HT synthesis, the crystallite size, the degree of crystallinity, and the reaction rate between Mg and Al, particularly Mg were examined. FIG. 8 and FIG. 9 show the relationship between the pH of the gel-like product immediately after mixing the solution A composed of Mg, Al, and Cl and the solution B composed of NaOH, the crystallite size, the crystallinity, and the Mg reaction rate. That's right. As is clear from these figures, the crystallite size, the degree of crystallinity, and the Mg reaction rate are related to each other. A high alkali concentration region where the pH exceeds 9 is not a preferable region for HT synthesis having desirable physical properties. If the alkali concentration is too high than necessary, it is not economical because a large amount of water is required in the washing step in HT production. It is desirable to synthesize HT having the desired physical properties with as low an alkali concentration as possible. HT synthesis at a low alkali concentration such that the pH of the resulting gel is 7 or less is undesirable because the HT crystallinity (HT content) becomes extremely low and the production efficiency deteriorates. The reaction rate means that Mg ions and Al ions present as ions in the raw material solution A are converted from a solution to a solid product (HT, HT precursor, hydroxide, etc.) at the point of contact with the alkaline solution B. The ratio is shown. By controlling the alkali concentration so that the pH of the gel product is 7 to 9, the crystallinity (HT content) is about 20% to 40%, and the size of the crystallite constituting the crystal A product containing a hydrotalcite compound having a thickness of 4 nm to 8 nm can be produced.

また、図10,図11からも明らかのように原料組成Mg/Alモル比が2〜4の範囲でHT合成を行うことで、4nm〜8nmの好ましい大きさの結晶子からなるハイドロタルサイト化合物を得ることができる。Mg/Alが4以上では結晶子サイズが大きくなる傾向があるので好ましくないことが判る。   Further, as is clear from FIGS. 10 and 11, a hydrotalcite compound comprising crystallites having a preferred size of 4 nm to 8 nm by performing HT synthesis in a raw material composition Mg / Al molar ratio in the range of 2 to 4. Can be obtained. It can be seen that Mg / Al of 4 or more is not preferable because the crystallite size tends to increase.

なお、図14,図15は、合成直後の水性生成物からのNaClの水洗除去を実施例4について行なったもので、本発明による工業的製造法に基づいて合成したゲル状生成物を60g用いた。洗浄水の量は水洗一回につき30ml使用した。水洗・ろ過した後、濾別した固形物は、実施例1と同様な方法で処理して乾燥物のハイドロタルサイト化合物(HT)とした。得られたHTのX線回折分析により、NaCl含有率,HT結晶含有率を測定した。その結果は、図14にまとめて示した通りである。また、各HT試料について実施例2に記載した方法に基づいてホウ素とフッ素の陰イオン吸着性能試験を行った。その結果は、図15に示した通りである。この結果は、NaClの存在がいかに吸着性能にとって好ましくないかを示すものであった。   14 and 15 show a case where NaCl was removed from an aqueous product immediately after the synthesis with respect to Example 4, and the gel-like product synthesized based on the industrial production method according to the present invention was used for 60 g. It was. The amount of washing water used was 30 ml per washing. After washing with water and filtering, the filtered solid was treated in the same manner as in Example 1 to obtain a hydrotalcite compound (HT) as a dried product. The NaCl content and the HT crystal content were measured by X-ray diffraction analysis of the obtained HT. The results are as summarized in FIG. Moreover, the anion adsorption performance test of boron and fluorine was performed on each HT sample based on the method described in Example 2. The result is as shown in FIG. This result showed how unfavorable the presence of NaCl was for the adsorption performance.

生成物(HT)の粉末X線回折測定により得られたXRD(X−Ray Diffraction Patterns)スペクトルとハイドロタルサイト(Mg6Al2(OH)16CO3・4H2O)のXRDパターンと比較したHTのXRDパターンを図16に示す。いずれのX線回折線図もハイドロタルサイトの特有の回折ピークを示した。 The XRD (X-Ray Diffraction Patterns) spectrum obtained by powder X-ray diffraction measurement of the product (HT) and the XRD pattern of hydrotalcite (Mg 6 Al 2 (OH) 16 CO 3 .4H 2 O) were compared. The HT XRD pattern is shown in FIG. Each X-ray diffraction diagram showed a specific diffraction peak of hydrotalcite.

本発明は、従来、ハイドロタルサイト化合物は合成直後にゲル化してしまい連続合成することが難しいとされていたが、ハイドロタルサイト化合物はその合成直後に撹拌するとチキソトロピー的挙動を示し、流動性が高まることを知得し、その性質を利用してハイドロタルサイト化合物を連続して合成する方法とそのための装置を完成することができたので、ハイドロタルサイト化合物を大量に低価格で提供することができる。しかもその合成に際し、結晶を成長させないで結晶子サイズ3〜8nmという微結晶の結晶子を多く含有するハイドロタルサイト化合物を合成することができるので、目的とする陰イオンとのイオン交換が可能で、特に、陰イオンが塩素イオンの場合は、排水処理などに好適に用いることができるので、きわめて利用価値が高く、環境保全に有用である。   Conventionally, the hydrotalcite compound gelled immediately after the synthesis and it was difficult to continuously synthesize the hydrotalcite compound, but the hydrotalcite compound exhibited a thixotropic behavior when stirred immediately after the synthesis, and had a fluidity. Knowing that it has increased, we have completed a method for continuously synthesizing hydrotalcite compounds using the properties and equipment for that purpose, so we will provide hydrotalcite compounds in large quantities at a low price Can do. In addition, a hydrotalcite compound containing a large number of microcrystalline crystallites having a crystallite size of 3 to 8 nm can be synthesized without growing the crystal, so that ion exchange with the target anion is possible. In particular, when the anion is a chlorine ion, it can be suitably used for wastewater treatment and the like, so it has a very high utility value and is useful for environmental conservation.

本発明方法を実施する装置の一例の概略図。The schematic of an example of the apparatus which enforces the method of this invention. 図1の装置の旋回・撹拌合成流路の要部拡大断面図。The principal part expanded sectional view of the rotation and stirring synthetic | combination flow path of the apparatus of FIG. ハイドロタルサイト化合物の連続合成が可能な装置の概略図。Schematic of an apparatus capable of continuous synthesis of hydrotalcite compounds. 図3の装置における合流流部,混合反応流路,撹拌合成流路の要部拡大図。The principal part enlarged view of the confluence | merging part in the apparatus of FIG. HT合成に及ぼすアルカリ濃度の影響を示すグラフ図。The graph which shows the influence of the alkali concentration which acts on HT synthesis | combination. NaOH濃度によるHT結晶子サイズの制御を示すグラフ図。The graph which shows control of the HT crystallite size by NaOH concentration. Mg/Al比率によるHT結晶子サイズの制御を示すグラフ図。The graph which shows control of the HT crystallite size by Mg / Al ratio. HT合成におけるアルカリ濃度の影響(結晶子サイズと結晶化度との関係)を示すグラフ図。The graph which shows the influence (relation between crystallite size and crystallinity) of the alkali concentration in HT synthesis | combination. HT合成におけるアルカリ濃度の影響(結晶化度とMg反応率との関係)を示すグラフ図。The graph which shows the influence (relation between a crystallinity degree and Mg reaction rate) of the alkali concentration in HT synthesis | combination. アルカリ濃度一定下でのHT合成においてMg/Alモル比の影響(結晶子サイズと結晶化度の関係)示すグラフ図。The graph which shows the influence (relation between a crystallite size and crystallinity) of Mg / Al molar ratio in HT synthesis under alkali concentration constant. アルカリ濃度一定下でのHT合成においてMg/Alモル比の影響(結晶化度とMg反応率の関係)示すグラフ図。The graph which shows the influence (relationship between a crystallinity degree and Mg reaction rate) of Mg / Al molar ratio in HT synthesis under alkali concentration constant. HTのホウ素イオン吸着性能を示すグラフ図。The graph which shows the boron ion adsorption | suction performance of HT. HTのホウ素イオン吸着性能(吸着量)を示すグラフ図。The graph which shows the boron ion adsorption | suction performance (adsorption amount) of HT. NaCl除去への水洗回数の効果を示すグラフ図。The graph which shows the effect of the number of times of water washing to NaCl removal. 吸着量向上への水洗回数の効果を示すグラフ図。The graph which shows the effect of the water-washing frequency to adsorption amount improvement. ハイドロタルサイト化合物のX線回折図。X-ray diffraction pattern of hydrotalcite compound.

符号の説明Explanation of symbols

1 混合槽
1a,2a 撹拌翼
1b,2b モータ
2 アルカリ溶液槽
3 流量制御装置
4 旋回流路
41 合流流部
42 混合反応流路
5,51 撹拌合成流路
6 洗浄装置
7 水供給部
P1,P2 輸送ポンプ
L1〜L4 輸送ライン
V1,V2 流量調節バルブ
θ 合流角度
1 Mixing tank
1a, 2a stirring blade
1b, 2b Motor 2 Alkaline solution tank 3 Flow control device 4 Swirling flow path
41 Junction
42 Mixing reaction flow path 5, 51 Stirring synthesis flow path 6 Cleaning device 7 Water supply section
P1, P2 transport pump
L1-L4 transportation line
V1, V2 Flow control valve θ Junction angle

Claims (9)

アルミニウム源とマグネシウム源を溶解し、アルミニウムイオンとマグネシウムイオンのモル比が1:2〜1:5になるように調製した高濃度の溶液Aと高濃度のアルカリ性溶液Bを、それらの比率を流量で制御しつつ溶液Aは旋回流路を通し旋回流に変換して当該流路に連続した撹拌合成流路に供給すると共に溶液Bは直接前記合成流路に供給し、連続運転が可能な流動性を確保したまま前記合成流路内で結晶の成長を抑える時間で反応を完結させ、洗浄することにより、pH7〜9、好ましくはpH7.4〜8.6で劣化が少なく、結晶子サイズの小さい吸着性能の高いハイドロタルサイト化合物を得ることを特徴とするハイドロタルサイト化合物の連続合成方法。   A high concentration solution A and a high concentration alkaline solution B prepared by dissolving an aluminum source and a magnesium source so that the molar ratio of aluminum ions to magnesium ions is 1: 2 to 1: 5, and the flow rate of these ratios. The solution A is converted into a swirl flow through the swirl flow path and supplied to the stirring synthesis flow path that is continuous with the flow path, while the solution B is directly fed to the synthesis flow path, so that continuous operation is possible. Adhesion with small crystallite size with little deterioration at pH 7-9, preferably pH 7.4-8.6, by completing the reaction in a time to suppress the growth of crystals in the synthesis channel while maintaining the properties, and washing. A method for continuously synthesizing a hydrotalcite compound characterized by obtaining a hydrotalcite compound having high performance. 撹拌合成流路内における反応時間は、0.1〜30秒、好ましくは0.1〜10秒である請求項1のハイドロタルサイト化合物の連続合成方法。   The process for continuously synthesizing a hydrotalcite compound according to claim 1, wherein the reaction time in the stirring synthesis channel is 0.1 to 30 seconds, preferably 0.1 to 10 seconds. 結晶子サイズは3〜8nm、好ましくは3〜6nm、含有率は20〜50%、好ましくは20〜40%である請求項1又は2のハイドロタルサイト化合物の連続合成方法。   The method for continuous synthesis of hydrotalcite compounds according to claim 1 or 2, wherein the crystallite size is 3 to 8 nm, preferably 3 to 6 nm, and the content is 20 to 50%, preferably 20 to 40%. 旋回流路は、内部が螺旋状の流路である請求項1〜3のいずれかのハイドロタルサイト化合物の連続合成方法。   The method for continuously synthesizing a hydrotalcite compound according to any one of claims 1 to 3, wherein the swirl channel is a spiral channel. アルミニウム源とマグネシウム源を溶解し、アルミニウムイオンとマグネシウムイオンのモル比が1:2〜1:5になるように調製する高濃度の溶液Aの混合槽と、高濃度のアルカリ性溶液Bを調製するアルカリ溶液槽と、前記混合槽からの溶液Aとアルカリ溶液槽からの溶液Bの比率を制御する流量制御装置と、該装置により流量制御された溶液Aに旋回流を付与する旋回流路と、該旋回流路に接続し旋回流に変換された溶液Aを受入れると共に溶液Bを直接受入れ、連続運転が可能な流動性を確保したまま結晶の成長を抑える時間で反応を完結させる撹拌合成流路と、当該流路に接続した洗浄装置を少なくとも備え、pH7〜9、好ましくはpH7.4〜8.6で劣化が少なく、結晶子サイズの小さい吸着性能の高いハイドロタルサイト化合物を得ることを特徴とするハイドロタルサイト化合物の連続合成装置。   An aluminum source and a magnesium source are dissolved, and a high-concentration alkaline solution B is prepared, and a high-concentration alkaline solution B is prepared so that the molar ratio of aluminum ions to magnesium ions is 1: 2 to 1: 5. An alkaline solution tank, a flow rate control device that controls the ratio of the solution A from the mixing tank and the solution B from the alkaline solution tank, and a swirl flow path that imparts a swirl flow to the solution A that is flow-controlled by the device; An agitating and synthesizing channel that receives the solution A that is connected to the swirling channel and receives the solution A that is converted into a swirling flow and directly receives the solution B, and completes the reaction in a time that suppresses crystal growth while ensuring fluidity that allows continuous operation. And a hydrotalcite compound having at least a cleaning device connected to the flow path, having a low crystallite size and a high adsorption performance at a pH of 7 to 9, preferably a pH of 7.4 to 8.6. Continuous apparatus for synthesizing hydrotalcite compound characterized Rukoto. 撹拌合成流路内における反応時間は、0.1〜30秒、好ましくは0.1〜10秒である請求項5のハイドロタルサイト化合物の連続合成装置。   6. The apparatus for continuously synthesizing a hydrotalcite compound according to claim 5, wherein the reaction time in the stirring synthesis channel is 0.1 to 30 seconds, preferably 0.1 to 10 seconds. 結晶子サイズは3〜8nm、好ましくは3〜6nm、含有率は20〜50%、好ましくは20〜40%である請求項5又は6のハイドロタルサイト化合物の連続合成装置。   The hydrotalcite compound continuous synthesis apparatus according to claim 5 or 6, wherein the crystallite size is 3 to 8 nm, preferably 3 to 6 nm, and the content is 20 to 50%, preferably 20 to 40%. 旋回流路は、内部が螺旋状の流路である請求項5〜7のいずれかのハイドロタルサイト化合物の連続合成装置。   8. The continuous synthesis apparatus for hydrotalcite compounds according to any one of claims 5 to 7, wherein the swirl flow path is a spiral flow path. 撹拌合成流路における撹拌は、流路の内周面に不規則な凹凸乃至は螺旋状の溝などを設け、或は、流路の途中に障害壁を設けるなどして当該流路を流れる液に乱流を起こして行なう請求項5〜8のいずれかのハイドロタルサイト化合物の連続合成装置。
Stirring in the stirring synthesis channel is a liquid that flows through the channel by providing irregular irregularities or spiral grooves on the inner peripheral surface of the channel or by providing an obstacle wall in the middle of the channel. The apparatus for continuously synthesizing a hydrotalcite compound according to any one of claims 5 to 8, which is carried out by causing turbulent flow.
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